Энтальпия испарения

редактировать

Энергия для преобразования жидкого вещества в газ; функция давления

Температурная зависимость теплоты испарения для воды, метанола, бензола и ацетона.

энтальпия испарения (символ ∆H vap), также известная как (скрытая) теплота парообразования или теплота испарения, представляет собой количество энергии (энтальпия ), которое необходимо добавить к жидкому веществу. преобразовать некоторое количество этого вещества в газ. Энтальпия испарения является функцией давления, при котором происходит это превращение.

Энтальпия парообразования часто приводится для нормальной температуры кипения вещества. Хотя табличные значения обычно корректируются до 298 K, эта поправка часто меньше, чем неопределенность в измеренном значении.

Теплота парообразования зависит от температуры, хотя для небольших диапазонов температур и для пониженной температуры $T r {\ displaystyle T_ {r}} <494 можно предположить постоянную теплоту парообразования.>≪ 1 {\ displaystyle {} \ ll 1}$ ${\ displaystyle {} \ ll 1}$ . Теплота парообразования уменьшается с повышением температуры и полностью исчезает в определенной точке, называемой критической температурой ( $T r = 1 {\ displaystyle T_ {r} = 1}$ ${\ displaystyle T_ {r} = 1}$ ). Выше критической температуры жидкая и пар фазы неотличимы, и вещество называется сверхкритической жидкостью.

Содержание

1 Единицы
2 Энтальпия конденсации
3 Термодинамический фон
4 Энтальпия испарения растворов электролитов
5 Выбранные значения
- 5.1 Элементы
- 5.2 Другие распространенные вещества
6 См. также
7 Ссылки

Единицы

Значения обычно приводятся в J /моль или кДж / моль (молярная энтальпия испарения), хотя кДж / кг или Дж / г (удельная теплота испарения) и более старые единицы, такие как ккал / моль, кал / г и британских тепловых единиц / фунт иногда все еще используются среди прочего.

Энтальпия конденсации

энтальпия конденсации (или теплота конденсации ) по определению равна энтальпии парообразования с обратным знаком. : изменения энтальпии парообразования всегда положительны (тепло поглощается веществом), тогда как изменения энтальпии конденсации всегда отрицательны (тепло выделяется веществом).

Термодинамический фон

Энтальпию парообразования можно записать как

Δ H vap = Δ U vap + p Δ V {\ displaystyle \ Delta H _ {\ text {vap}} = \ Delta U_ {\ text {vap}} + p \ Delta \, V}

{\ displaystyle \ Delta H _ {\ text {vap}} = \ Delta U _ {\ text {vap}} + p \ Delta \, V}

Он равен увеличенной внутренней энергии паровой фазы по сравнению с жидкой фазой плюс работа, совершаемая против давления окружающей среды. Увеличение внутренней энергии можно рассматривать как энергию, необходимую для преодоления межмолекулярных взаимодействий в жидкости (или твердом теле, в случае сублимации ). Следовательно, гелий имеет особенно низкую энтальпию испарения, 0,0845 кДж / моль, поскольку силы Ван-дер-Ваальса между атомами гелия особенно слабы. С другой стороны, молекулы в жидкой воде удерживаются вместе относительно прочными водородными связями, и его энтальпия испарения, 40,65 кДж / моль, больше чем в пять раз больше энергии, необходимой для нагрева того же количества воды от 0 ° C до 100 ° C (cp = 75,3 Дж / К · моль). Однако необходимо соблюдать осторожность при использовании энтальпий парообразования для измерения силы межмолекулярных сил, поскольку эти силы могут сохраняться до некоторой степени в газовой фазе (как в случае с фтористым водородом ), и поэтому Расчетное значение прочности сцепления будет слишком низким. Это особенно верно для металлов, которые часто образуют ковалентно связанные молекулы в газовой фазе: в этих случаях необходимо использовать энтальпию распыления, чтобы получить истинное значение энергия связи.

Альтернативное описание состоит в том, чтобы рассматривать энтальпию конденсации как тепло, которое должно выделяться в окружающую среду для компенсации падения энтропии, когда газ конденсируется в жидкость. Поскольку жидкость и газ находятся в равновесии при температуре кипения (T b), ΔvG = 0, что приводит к:

Δ v S = S газ - S жидкость = Δ v HT b {\ displaystyle \ Delta _ {\ text {v}} S = S _ {\ text {gas}} - S _ {\ text {liquid}} = {\ frac {\ Delta _ {\ text { v}} H} {T _ {\ text {b}}}}}

{\ displaystyle \ Delta _ {\ text {v}} S = S _ {\ text {gas}} - S _ {\ text {жидкость}} = {\ frac {\ Delta _ {\ text {v}} H} {T _ {\ text {b}}} }}

Поскольку ни энтропия, ни энтальпия не сильно зависят от температуры, обычно используются табличные стандартные значения без какой-либо поправки на разница в температуре от 298 К. Если давление давление отличается от 100 кПа, необходимо внести поправку, поскольку энтропия газа пропорциональна его давлению (или, точнее, его летучести ): энтропии жидкостей мало изменяются с давлением, так как сжимаемость жидкости мала.

Эти два определения эквивалентны: точка кипения - это температура, при которой повышенная энтропия газовой фазы преодолевает межмолекулярные силы. Поскольку данное количество вещества всегда имеет более высокую энтропию в газовой фазе, чем в конденсированной фазе ( $Δ v S {\ displaystyle \ Delta _ {\ text {v}} S}$ ${\ displaystyle \ Delta _ {\ text {v}} S}$ всегда положительный), а из

Δ G = Δ H - T Δ S {\ displaystyle \ Delta G = \ Delta HT \ Delta S}

\ Delta G = \ Delta HT \ Delta S

изменение свободной энергии Гиббса падает с повышением температуры: газы предпочтительны при более высоких температурах, как это наблюдается на практике.

Энтальпия испарения растворов электролитов

Оценка энтальпии испарения растворов электролитов может быть просто выполнена с использованием уравнений, основанных на химических термодинамических моделях, таких как модель Питцера или модель TCPC.

Выбранные значения

Элементы

v Энтальпии испарения элементов
	1	2	3		4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Группа →
↓ Период
1	H 0,44936																		He 0,0845
2	Li 145,92	Be 292,40												B 489,7	C 355,8	N 2,7928	O 3,4099	F 3,2698	Ne 1,7326
3	Na 96,96	Mg 127,4												Al 293,4	Si 300	P 12,129	S 1,7175	Cl 10,2	Ar 6,447
4	K 79,87	Ca 153,6	Sc 314,2		Ti 421	V 452	Cr 344,3	Mn 226	Fe 349,6	Co 376,5	Ni 370,4	Cu 300,3	Zn 115,3	Ga 258,7	Ge 330,9	As 34,76	Se 26,3	Br 15,438	Kr 9,029
5	Rb 72,216	Sr 144	Y 363		Zr 581,6	Nb 696,6	Mo 598	Tc 660	Ru 595	Rh 493	Pd 357	Ag 250,58	Cd 100	In 231,5	Sn 295,8	Sb 77,14	Te 52,55	I 20,752	Xe 12,636
6	Cs 67,74	Ba 142	La 414		Hf 575	Ta 743	W 824	Re 715	Os 627,6	Ir 604	Pt 510	Au 334,4	Hg 59,229	Tl 164,1	Pb 177,7	Bi 104,8	Po 60,1	At 27,2	Rn 16,4
7	Fr н / д	Ra 37	Ac н / д		Rf н / д	Db н / д	Sg н / д	Bh н / д	Hs н / д	Mt н / д	Ds н / д	Rg н / д	Cn н / д	Nh н / д	Fl н / д	Mc н / д	Lv н / д	Ts н / a	Og н / д
.
					Ce 414	Pr н / п	Nd н / д	Pm н / д	Sm н / д	Eu н / д	Gd н / д	Tb н / д	Dy н / д	Ho н / д	Er н / д	Tm н / д	Yb н / д	Lu н / д
					Th 514.4	Pa н / д	U н / д	Np н / д	Pu н / д	Am н / д	Cm н / д	Bk н / д	Cf н / д	Es н / д	Fm н / д	Md н / д	No н / д	Lr н / д

	Энтальпия в кДж / моль, измеренная при их соответствующих нормальных точках кипения
	0–10 кДж / моль			10–100 кДж / моль			100–300 кДж / моль			>300 кДж / моль

Испарение металлов - ключевой этап синтеза паров металлов, в котором используется повышенная реакционная способность атомов металлов или мелких частиц по сравнению с объемными элементами.

Другие распространенные вещества

Энтальпии испарения обычных веществ, измеренные при их соответствующих стандартных точках кипения:

Соединение	Точка кипения при нормальном давлении			Теплота испарения
Соединение	(K)	(° C)	(° F)	(Дж / моль )	(Дж / г)
Ацетон	329 г	56	133	31300	538,9
Алюминий	2792	2519	4566	294000	10500
Аммиак	240	-33,34	-28	23350	1371
Бутан	272–274	−1	30–34	21000	320
Диэтиловый эфир	307,8	34,6	94,3	26170	353,1
Этанол	352	78,37	173	38600	841
Водород (параводород )	20,271	-252,879	-423,182	899,2	446,1
Железо	3134	2862	5182	340000	6090
Изопропиловый спирт	356	82,6	181	44000	732,2
Метан	112	−161	-259	8170	480,6
Метанол	338	64,7	148	35200	1104
Пропан	231	-42	-44	15700	356
Фосфин	185	-87,7	-126	14600	429,4
Вода	373.15	100	212	40660	2257

См. Также

Энтальпия плавления, удельная теплота плавления
Энтальпия сублимации
Метод Джобака, оценка теплоты испарения при нормальной температуре кипения по молекулярным структурам)
Уравнение Клаузиуса-Клапейрона

Литература

КОДАННЫЕ Ключевые значения термодинамики
Гмелин, Леопольд (1985). Gmelin-Handbuch der anorganischen Chemie / 08 a (8., völlig neu Bearb. Aufl. Ed.). Берлин [u.a.]: Springer. С. 116–117. ISBN 978-3-540-93516-2.
NIST Chemistry WebBook
Янг, Фрэнсис У. Сирс, Марк У. Земанский, Хью Д. (1982). Университетская физика (6-е изд.). Ридинг, Массачусетс: Эддисон-Уэсли. ISBN 978-0-201-07199-3.